高中生物選修3教材課后習(xí)題答案.doc

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1、高中生物選修3教材答案1.1DNA重組技術(shù)的基本工具（一）思考與探究1.限制酶在DNA的任何部位都能將DNA切開嗎？以下是四種不同限制酶切割形成的DNA片段：(1) CTGCA (2) AC (3) GC （4）G G TG CG CTTAA (5) G (6) GC (7) GT (8)AATTCACGTC CG CA G你是否能用DNA連接酶將它們連接起來？答：2和7能連接形成ACGTTGCA；4和8能連接形成GAATTCCTTAAG；3和6能連接形成GCGCCGCG；1和5能連接形成CTGCAGGACGTC。2.聯(lián)系你已有的知識，想一想，為什么細(xì)菌中限制酶不剪切細(xì)菌本身的DNA？提示：迄

2、今為止，基因工程中使用的限制酶絕大部分都是從細(xì)菌或霉菌中提取出來的，它們各自可以識別和切斷DNA上特定的堿基序列。細(xì)菌中限制酶之所以不切斷自身DNA，是因?yàn)槲⑸镌陂L期的進(jìn)化過程中形成了一套完善的防御機(jī)制，對于外源入侵的DNA可以降解掉。生物在長期演化過程中，含有某種限制酶的細(xì)胞，其DNA分子中或者不具備這種限制酶的識別切割序列，或者通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。這樣，盡管細(xì)菌中含有某種限制酶也不會使自身的DNA被切斷，并且可以防止外源DNA的入侵（本題不要求學(xué)生回答的完全，教師可參考教師用書中的提示，根據(jù)學(xué)生的具體情況，給予指導(dǎo)。上述原則也應(yīng)適用于其他章節(jié)

3、中有關(guān)問題的回答）。3.天然的DNA分子可以直接用做基因工程載體嗎？為什么？提示：基因工程中作為載體使用的DNA分子很多都是質(zhì)粒（plasmid），即獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外的一種可以自我復(fù)制、雙鏈閉環(huán)的裸露的DNA分子。是否任何質(zhì)粒都可以作為基因工程載體使用呢？其實(shí)不然，作為基因工程使用的載體必需滿足以下條件。（1） 載體DNA必需有一個或多個限制酶的切割位點(diǎn)，以便目的基因可以插入到載體上去。這些供目的基因插入的限制酶的切點(diǎn)所處的位置，還必須是在質(zhì)粒本身需要的基因片段之外，這樣才不至于因目的基因的插入而失活。（2） 載體DNA必需具備自我復(fù)制的能力，或整合到受體染色體DNA上隨染色體DNA的

4、復(fù)制而同步復(fù)制。（3） 載體DNA必需帶有標(biāo)記基因，以便重組后進(jìn)行重組子的篩選。（4） 載體DNA必需是安全的，不會對受體細(xì)胞有害，或不能進(jìn)入到除受體細(xì)胞外的其他生物細(xì)胞中去。（5） 載體DNA分子大小應(yīng)適合，以便提取和在體外進(jìn)行操作，太大就不便操作。實(shí)際上自然存在的質(zhì)粒DNA分子并不完全具備上述條件，都要進(jìn)行人工改造后才能用于基因工程操作。4.網(wǎng)上查詢：DNA連接酶有連接單鏈DNA的本領(lǐng)嗎？提示：迄今為止，所發(fā)現(xiàn)的DNA連接酶都不具有連接單鏈DNA的能力，至于原因，現(xiàn)在還不清楚，也許將來會發(fā)現(xiàn)可以連接單鏈DNA的酶。（二）尋根問底1.根據(jù)你所掌握的知識，你能分析出限制酶存在于原核生物中的作用

5、是什么嗎？提示：原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在長期的進(jìn)化過程中形成了一套完善的防御機(jī)制，以防止外來病原物的侵害。限制酶就是細(xì)菌的一種防御性工具，當(dāng)外源DNA侵入時，會利用限制酶將外源DNA切割掉，以保證自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，從而達(dá)到保護(hù)自身的目的。2. DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎？為什么？答：不是一回事?；蚬こ讨兴玫倪B接酶有兩種：一種是從大腸桿菌中分離得到的，稱之為EcoliDNA連接酶。另一種是從T4噬菌體中分離得到，稱為T4DNA連接酶。這兩種連接酶催化反應(yīng)基本相同，都是連接雙鏈DNA的缺口（nick），而

6、不能連接單鏈DNA。DNA連接酶和DNA聚合酶都是形成磷酸二酯鍵（在相鄰核苷酸的3位碳原子上的羥基與5位碳原子上所連磷酸基團(tuán)的羥基之間形成），那么，二者的差別主要表現(xiàn)在什么地方呢？（1）DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核酸片段的3末端的羥基上，形成磷酸二酯鍵；而DNA連接酶是在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，不是在單個核苷酸與DNA片段之間形成磷酸二酯鍵。（2）DNA聚合酶是以一條DNA鏈為模板，將單個核苷酸通過磷酸二酯鍵形成一條與模板鏈互補(bǔ)的DNA鏈；而DNA連接酶是將DNA雙鏈上的兩個缺口同時連接起來。因此DNA連接酶不需要模板。此外，二者雖然都是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的酶，但組成和性質(zhì)各不

7、相同。（三）模擬制作討論題1. 你模擬插入的DNA片段能稱得上一個基因嗎？提示：不能。因?yàn)橐话慊蛴猩锨€堿基對。2. 如果你操作失誤，堿基不能配對。可能是什么原因造成的？提示：可能是剪切位點(diǎn)或連接位點(diǎn)選得不對（也可能是其他原因）。（四）旁欄思考題想一想，具備什么條件才能充當(dāng)“分子運(yùn)輸車”？提示：能自我復(fù)制、有一個或多個切割位點(diǎn)、有標(biāo)記基因位點(diǎn)及對受體細(xì)胞無害等。1.2 基因工程的基本操作程序（一）思考與探究1.作為基因工程表達(dá)載體，只需含有目的基因就可以完成任務(wù)嗎？為什么？答：不可以。因?yàn)槟康幕蛟诒磉_(dá)載體中得到表達(dá)并發(fā)揮作用，還需要有其他控制元件，如啟動子、終止子和標(biāo)記基因等。必須構(gòu)建上述

8、元件的主要理由是：（1）生物之間進(jìn)行基因交流，只有使用受體生物自身基因的啟動子才能比較有利于基因的表達(dá)；（2）通過cDNA文庫獲得的目的基因沒有啟動子，只將編碼序列導(dǎo)入受體生物中無法轉(zhuǎn)錄；（3）目的基因是否導(dǎo)入受體生物中需要有篩選標(biāo)記；（4）為了增強(qiáng)目的基因的表達(dá)水平，往往還要增加一些其他調(diào)控元件，如增強(qiáng)子等；（5）有時需要確定目的基因表達(dá)的產(chǎn)物存在于細(xì)胞的什么部位，往往要加上可以標(biāo)識存在部位的基因（或做成目的基因與標(biāo)識基因的融合基因），如綠色熒光蛋白基因等。2.根據(jù)農(nóng)桿菌可將目的基因?qū)腚p子葉植物的機(jī)理，你能分析出農(nóng)桿菌不能將目的基因?qū)雴巫尤~植物的原因嗎？若想將一個抗病基因?qū)雴巫尤~植物，

9、如小麥，從理論上說，你應(yīng)該如何做？提示：農(nóng)桿菌可分為根瘤農(nóng)桿菌和發(fā)根農(nóng)桿菌，在植物基因工程中以根瘤農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化最多。根瘤農(nóng)桿菌廣泛存在于雙子葉植物中。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，約有93屬643種雙子葉植物對根瘤農(nóng)桿菌敏感。裸子植物對該菌也敏感。當(dāng)這些植物被該菌侵染后會誘發(fā)腫瘤。近年來，也有報道該菌對單子葉植物也有侵染能力。根瘤農(nóng)桿菌侵染植物是一個非常復(fù)雜的過程。根瘤農(nóng)桿菌具有趨化性，即植物的受傷組織會產(chǎn)生一些糖類和酚類物質(zhì)吸引根瘤農(nóng)桿菌向受傷組織集中。研究證明，主要酚類誘導(dǎo)物為乙酰丁香酮和羧基乙酰丁香酮，這些物質(zhì)主要在雙子葉植物細(xì)胞壁中合成，通常不存在于單子葉植物中，這也是單子葉植物不易

10、被根瘤農(nóng)桿菌侵染的原因。近年來還發(fā)現(xiàn)一些中性糖，如L-阿拉伯糖、D-木糖等也有誘導(dǎo)作用。酚類物質(zhì)和糖類物質(zhì)既可以作為根瘤農(nóng)桿菌的趨化物，又可以作為農(nóng)桿菌中Ti質(zhì)粒上Vir區(qū)（毒性區(qū)）基因的誘導(dǎo)物，使Vir區(qū)基因活化，導(dǎo)致T-DNA的加工和轉(zhuǎn)移，從而侵染植物細(xì)胞。需要注意的是農(nóng)桿菌中不同的菌株，侵染能力有差別，在基因工程中需要加以選擇使用。利用農(nóng)桿菌侵染單子葉植物進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化時，是需要加上述酚類物質(zhì)的，同時單子葉植物種類不同，農(nóng)桿菌侵染進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化的效果也有很大差異。如果想將一個抗病毒基因轉(zhuǎn)入小麥，也可以用農(nóng)桿菌，但要注意兩點(diǎn)：要選擇合適的農(nóng)桿菌菌株，因?yàn)椴皇撬械霓r(nóng)桿菌菌株都可以侵染單子葉植物

11、；要加趨化和誘導(dǎo)的物質(zhì)，一般為乙酰丁香酮等，目的是使農(nóng)桿菌向植物組織的受傷部位靠攏（趨化性）和激活農(nóng)桿菌的Vir區(qū)（誘導(dǎo)）的基因，使T-DNA轉(zhuǎn)移并插入到染色體DNA上。3.利用大腸桿菌可以生產(chǎn)出人的胰島素，聯(lián)系前面有關(guān)細(xì)胞器功能的知識，結(jié)合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生產(chǎn)人的糖蛋白，可以用大腸桿菌嗎？提示：有些蛋白質(zhì)肽鏈上有共價結(jié)合的糖鏈，這些糖鏈?zhǔn)窃趦?nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基復(fù)合體上加工完成的，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基復(fù)合體存在于真核細(xì)胞中，大腸桿菌不存在這兩種細(xì)胞器，因此，在大腸桿菌中生產(chǎn)這種糖蛋白是不可能的。4.-珠蛋白是動物血紅蛋白的重要組成成分。當(dāng)它的成分異常時，動物有可能患某種疾病，如鐮

12、刀形細(xì)胞貧血癥。假如讓你用基因工程的方法，使大腸桿菌生產(chǎn)出鼠的-珠蛋白，想一想，應(yīng)如何進(jìn)行設(shè)計(jì)？提示：基本操作如下：（1）從小鼠中克隆出-珠蛋白基因的編碼序列（cDNA）。（2）將cDNA前接上在大腸桿菌中可以適用的啟動子，另外加上抗四環(huán)素的基因，構(gòu)建成一個表達(dá)載體。（3）將表達(dá)載體導(dǎo)入無四環(huán)素抗性的大腸桿菌中，然后在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)大腸桿菌。如果表達(dá)載體未進(jìn)入大腸桿菌中，大腸桿菌會因不含有抗四環(huán)素基因而死掉；如果培養(yǎng)基上長出大腸桿菌菌落，則表明-珠蛋白基因已進(jìn)入其中。（4）培養(yǎng)進(jìn)入了-珠蛋白基因的大腸桿菌，收集菌體，破碎后從中提取-珠蛋白。（二）求異思維 你能推測出由mRNA反轉(zhuǎn)錄形

13、成cDNA的過程大致分為哪些步驟嗎？提示：1970年，特明（H.M. Temin）和巴爾的摩（D. Baltimore）證實(shí)了RNA病毒中含有一種能將RNA轉(zhuǎn)錄成DNA的酶，這種酶被稱為依賴RNA的DNA聚合酶，由于與中心法則中的從DNA到RNA的轉(zhuǎn)錄是反向的，所以稱為反轉(zhuǎn)錄酶（reverse transcriptase）。反轉(zhuǎn)錄酶既可以利用DNA又可以利用RNA作為模板合成與之互補(bǔ)的DNA鏈。像其他DNA聚合酶一樣，反轉(zhuǎn)錄酶也以53方向合成DNA（圖1-3）。圖1-3 由mRNA反轉(zhuǎn)錄形成cDNA的過程cDNA合成過程是：第一步，反轉(zhuǎn)錄酶以RNA為模板合成一條與RNA互補(bǔ)的DNA單鏈，形成R

14、NA-DNA雜交分子。第二步，核酸酶H使RNA-DNA雜交分子中的RNA鏈降解，使之變成單鏈的DNA。第三步，以單鏈DNA為模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一條互補(bǔ)的DNA鏈，形成雙鏈DNA分子。（三）尋根問底1.為什么要構(gòu)建基因文庫？直接從含有目的基因的生物體內(nèi)提取不行嗎？提示：構(gòu)建基因文庫是獲取目的基因的方法之一，并不是惟一的方式。如果所需要的目的基因序列已知，就可以通過PCR方式從含有該基因的生物的DNA中，直接獲得，也可以通過反轉(zhuǎn)錄，用PCR方式從mRNA中獲得，不一定要構(gòu)建基因文庫。但如果所需要的目的基因的序列完全不知，或只知道目的基因序列的一段，或想從一種生物體內(nèi)獲得許多基因，或

15、者想知道這種生物與另一種生物之間有多少基因不同，或者想知道一種生物在個體發(fā)育的不同階段表達(dá)的基因有什么不同，或者想得到一種生物的全基因組序列，往往就需要構(gòu)建基因文庫。2.將目的基因直接導(dǎo)入受體細(xì)胞不是更簡便嗎？如果這么做，結(jié)果會怎樣？提示：有人采用總DNA注射法進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化，即將一個生物中的總DNA提取出來，通過注射或花粉管通道法導(dǎo)入受體植物，沒有進(jìn)行表達(dá)載體的構(gòu)建，這種方法針對性差，完全靠運(yùn)氣，也無法確定什么基因?qū)肓耸荏w植物。此法目前爭議頗多，嚴(yán)格來講不算基因工程。1.3 基因工程的應(yīng)用思考與探究根據(jù)所學(xué)內(nèi)容，試概括寫出基因工程解決了哪些生活、生產(chǎn)中難以解決的問題。提示：基因工程可以生產(chǎn)人

16、類需要的藥物，如胰島素、干擾素等。我們吃的某些食品如番茄、大豆等也可以是基因工程產(chǎn)品。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的抗蟲棉、抗病毒煙草、抗除草劑大豆等都已進(jìn)入商品化生產(chǎn)，上述產(chǎn)品有些是常規(guī)方法難以生產(chǎn)的或者生產(chǎn)成本過高。1.4 蛋白質(zhì)工程的崛起（一）思考與探究1.蛋白質(zhì)工程是應(yīng)怎樣的需求而崛起的？提示（供教師在教學(xué)中參考）：蛋白質(zhì)工程的崛起主要是工業(yè)生產(chǎn)和基礎(chǔ)理論研究的需要。而結(jié)構(gòu)生物學(xué)對大量蛋白質(zhì)分子的精確立體結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜的生物功能的分析結(jié)果，為設(shè)計(jì)改造天然蛋白質(zhì)提供了藍(lán)圖。分子遺傳學(xué)的以定點(diǎn)突變?yōu)橹行牡幕虿僮骷夹g(shù)為蛋白質(zhì)工程提供了手段。在已研究過的幾千種酶中，只有極少數(shù)可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，絕大多數(shù)酶都不能

17、應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，這些酶雖然在自然狀態(tài)下有活性，但在工業(yè)生產(chǎn)中沒有活性或活性很低。這是因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)中每一步的反應(yīng)體系中常常會有酸、堿或有機(jī)溶劑存在，反應(yīng)溫度較高，在這種條件下，大多數(shù)酶會很快變性失活。提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性是工業(yè)生產(chǎn)中一個非常重要的課題。一般來說，提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性包括：延長酶的半衰期，提高酶的熱穩(wěn)定性，延長藥用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性喪失等。下面舉一個如何通過蛋白質(zhì)工程來提高重組-干擾素專一活性和穩(wěn)定性的例子。干擾素是一種抗病毒、抗腫瘤的藥物。將人的干擾素的cDNA在大腸桿菌中進(jìn)行表達(dá)，產(chǎn)生的干擾素的抗病毒活性為106 U/mg，只相當(dāng)于天然產(chǎn)品的十分之一，雖

18、然在大腸桿菌中合成的-干擾素量很多，但多數(shù)是以無活性的二聚體形式存在。為什么會這樣？如何改變這種狀況？研究發(fā)現(xiàn)，-干擾素蛋白質(zhì)中有3個半胱氨酸（第17位、31位和141位），推測可能是有一個或幾個半胱氨酸形成了不正確的二硫鍵。研究人員將第17位的半胱氨酸，通過基因定點(diǎn)突變改變成絲氨酸，結(jié)果使大腸桿菌中生產(chǎn)的-干擾素的抗病性活性提高到108 U/mg，并且比天然-干擾素的貯存穩(wěn)定性高很多。在基礎(chǔ)理論研究方面，蛋白質(zhì)工程是研究多種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能、蛋白質(zhì)折疊、蛋白質(zhì)分子設(shè)計(jì)等一系列分子生物學(xué)基本問題的一種新型的、強(qiáng)有力的手段。通過對蛋白質(zhì)工程的研究，可以深入地揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)和生命活動的規(guī)律。

19、2.蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？答：基因工程是遵循中心法則，從DNAmRNA蛋白質(zhì)折疊產(chǎn)生功能，基本上是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進(jìn)行的：確定蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)應(yīng)有的氨基酸序列應(yīng)有的堿基排列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)。3.你知道酶工程嗎？絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)，酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別？提示：酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工程學(xué)的手段，應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護(hù)等方面的一門科學(xué)技術(shù)。概括地說，酶工程是由酶制劑的生產(chǎn)和應(yīng)用兩方面組成的。酶工程的應(yīng)用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中

20、。-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖異構(gòu)酶這三個酶連續(xù)作用于淀粉，就可以代替蔗糖生產(chǎn)出高果糖漿；蛋白酶用于皮革脫毛膠以及洗滌劑工業(yè)；固定化酶還可以治療先天性缺酶病或是器官缺損引起的某些功能的衰竭等。至于我們?nèi)粘Ｉ钪兴姷降募用赶匆路?、嫩肉粉等，就更是酶工程最直接的體現(xiàn)了。通常所說的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑，而沒有經(jīng)過由酶的功能來設(shè)計(jì)酶的分子結(jié)構(gòu)，然后由酶的分子結(jié)構(gòu)來確定相應(yīng)基因的堿基序列等步驟。因此，酶工程的重點(diǎn)在于對已存酶的合理充分利用，而蛋白質(zhì)工程的重點(diǎn)則在于對已存在的蛋白質(zhì)分子的改造。當(dāng)然，隨著蛋白質(zhì)工程的發(fā)展，其成果也會應(yīng)用到酶工程中，使酶工程成為蛋白質(zhì)工程的一部分。（二）正文中討論題

21、某多肽鏈的一段氨基酸序列是：丙氨酸色氨酸賴氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸討論： （1） 怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請把相應(yīng)的堿基序列寫出來。（2） 確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因（DNA）？答：（1）每種氨基酸都有對應(yīng)的三聯(lián)密碼子，只要查一下遺傳密碼子表，就可以將上述氨基酸序列的編碼序列查出來。但是由于上述氨基酸序列中有幾個氨基酸是由多個三聯(lián)密碼子編碼，因此其堿基排列組合起來就比較復(fù)雜，至少可以排列出16種，可以讓學(xué)生根據(jù)學(xué)過的排列組合知識自己排列一下。首先應(yīng)該根據(jù)三聯(lián)密碼子推出mRNA序列為GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C），再根據(jù)堿基互

22、補(bǔ)配對規(guī)律推出脫氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）。（2）確定目的基因的堿基序列后，就可以根據(jù)人類的需要改造它，通過人工合成的方法或從基因庫中獲取。（三）異想天開能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的基因，導(dǎo)入合適的細(xì)菌中，讓細(xì)菌生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢？提示：理論上講可以，但目前還沒有真正成功的例子。一些報道利用細(xì)菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往都是自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，并非完全是人工設(shè)計(jì)出來而自然不存在的蛋白質(zhì)。主要原因是蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，人類對蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少，很難設(shè)計(jì)出一個嶄新而又具有生命功能作用的

23、蛋白質(zhì)，而且一個嶄新的蛋白質(zhì)會帶來什么危害也是人們所擔(dān)心的。（四）旁欄思考題1.你知道人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系？我國科學(xué)家承擔(dān)了什么任務(wù)？提示：人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃是繼人類基因組計(jì)劃之后，生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域一項(xiàng)重大的科學(xué)命題。2001年，國際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。之后，該組織正式提出啟動了兩項(xiàng)重大國際合作行動：一項(xiàng)是由中國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”；另一項(xiàng)是以美國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃”，由此拉開了人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃的帷幕?！叭祟惛闻K蛋白質(zhì)組計(jì)劃”是國際上第一個人類組織器官的蛋白質(zhì)組計(jì)劃，由我國賀福初院士牽頭，這是中國科學(xué)家第一次領(lǐng)銜的重大

24、國際科研協(xié)作計(jì)劃，總部設(shè)在北京，目前有16個國家和地區(qū)的80多個實(shí)驗(yàn)室報名參加。它的科學(xué)目標(biāo)是揭示并確認(rèn)肝臟的蛋白質(zhì)，為重大肝病預(yù)防、診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的科學(xué)基礎(chǔ)。人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃的深入研究將是對蛋白質(zhì)工程的有力推動和理論支持。2.對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過對基因的操作來實(shí)現(xiàn)？答：毫無疑問應(yīng)該從對基因的操作來實(shí)現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)改造，主要原因如下：（1）任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳的。（2）對基因進(jìn)行改造

25、比對蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難度要小得多。2.1 植物細(xì)胞工程2.1.1植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)（一） 思考與探究1.為什么“番茄馬鈴薯”超級雜種植株沒有如科學(xué)家所想像的那樣，地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯？提示：1978年，梅爾徹斯（Melchers）等人首次獲得了馬鈴薯與番茄的屬間體細(xì)胞雜種。他們將培育的二倍體馬鈴薯品系和番茄葉片細(xì)胞進(jìn)行融合，所產(chǎn)生的雜交株被稱為“馬鈴薯番茄”。像大多數(shù)雜種一樣，雜交株同時具有馬鈴薯和番茄的形態(tài)特征。其中一些植株形成了“類似塊莖的生殖根”，但是沒有產(chǎn)生可結(jié)實(shí)的花、果實(shí)以及真正意義上的塊莖。到目前為止“馬鈴薯番茄”一類的體細(xì)胞雜交植物還不能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，但是其研究

26、價值不可忽視。至于馬鈴薯番茄沒有像人們預(yù)想的那樣地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯，主要原因是：生物基因的表達(dá)不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，所以馬鈴薯番茄雜交植株的細(xì)胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達(dá)受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達(dá)，雜交植株不能地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯就是很自然的了。2.自然界中有一種含有葉綠體的原生動物眼蟲，說明植物的細(xì)胞器同樣可以在某些動物細(xì)胞中存活，請?zhí)接懀簞游锛?xì)胞與植物細(xì)胞之間可以實(shí)現(xiàn)雜交嗎？如果理論上可行，請?jiān)O(shè)計(jì)出具體實(shí)驗(yàn)方案。提示：根據(jù)眼蟲的特點(diǎn)，動物細(xì)胞和植物細(xì)胞之間在理論上是可以實(shí)現(xiàn)雜交的。具體的實(shí)驗(yàn)方案可以

27、設(shè)計(jì)如下：（二） 正文中討論題【實(shí)驗(yàn) 胡蘿卜的組織培養(yǎng)】1.在組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，為什么要強(qiáng)調(diào)所用器械的滅菌和實(shí)驗(yàn)人員的無菌操作？提示：植物組織培養(yǎng)中用到的培養(yǎng)基含有豐富的營養(yǎng)成分，有利于培養(yǎng)物的生長，然而各種雜菌同樣也可以在上面迅速生長，所以植物組織培養(yǎng)過程中污染現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。培養(yǎng)基一旦被污染，迅速生長的各種雜菌不但會和培養(yǎng)物爭奪營養(yǎng)，而且這些雜菌生長的過程中會生成大量對培養(yǎng)物有害的物質(zhì)，導(dǎo)致培養(yǎng)物迅速死亡。造成培養(yǎng)基污染的因素有很多，一般包括：外植體帶菌、培養(yǎng)瓶和各種器械滅菌不徹底、操作人員操作不規(guī)范等。所以在組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中用到的植物材料和各種器械都要進(jìn)行徹底地滅菌，實(shí)驗(yàn)人員操作一定要規(guī)范，避

28、免帶入雜菌。2.在本實(shí)驗(yàn)中，切取胡蘿卜塊根時強(qiáng)調(diào)要切取含有形成層部分，原因是這部分容易誘導(dǎo)形成愈傷組織。請思考一下，胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花），是否也能培養(yǎng)成小植株，你能用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行驗(yàn)證嗎？提示：胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）也能培養(yǎng)再生形成小植株，只是誘導(dǎo)愈傷組織比較困難?？梢宰寣W(xué)生參考利用胡蘿卜根進(jìn)行組織培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)，嘗試設(shè)計(jì)出利用胡蘿卜的莖、葉、花進(jìn)行組織培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)流程。3.請根據(jù)上面的實(shí)驗(yàn)過程，概括出植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程簡圖。提示：2.1.2 植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用（一） 思考與探究1.通過查閱資料，請你再列舉出植物組織培養(yǎng)技術(shù)在我們生活中的另外一些應(yīng)用。提示：a. 拯救瀕

29、危植物；b. 提供食品制作的原料；c. 利用愈傷組織進(jìn)行轉(zhuǎn)基因操作。2.請查閱植物人工種子制備技術(shù)的詳細(xì)過程，設(shè)計(jì)出制備技術(shù)的主要流程圖。提示：誘導(dǎo)植物愈傷組織體細(xì)胞胚的誘導(dǎo)體細(xì)胞胚的成熟體細(xì)胞胚的機(jī)械化包裹貯藏或種植3.請查閱相關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)出一種植物花藥組織培養(yǎng)和染色體加倍的實(shí)驗(yàn)流程。提示：花藥花粉細(xì)胞培養(yǎng)愈傷組織分化出小植株單倍體幼苗正常植株（二） 正文中討論題1.人們利用植物的微型繁殖技術(shù)來進(jìn)行工廠化育苗生產(chǎn)，這是利用了該項(xiàng)技術(shù)的哪些特點(diǎn)？提示：植物“微型”繁殖技術(shù)具有高效性和可以保持種苗的優(yōu)良遺傳特性的優(yōu)勢。工廠化大規(guī)模育苗生產(chǎn)正是利用了植物“微型”繁殖技術(shù)的這兩方面優(yōu)勢。利用植物“微

30、型”繁殖技術(shù)我們可以在短時間中獲得大量的優(yōu)質(zhì)種苗。2.人工種子之所以神奇，是由于它具有天然種子不可比擬的特點(diǎn)，想一想它們具有哪些優(yōu)點(diǎn)？提示：人工種子的優(yōu)點(diǎn)：（1）天然種子由于在遺傳上具有因減數(shù)分裂引起的重組現(xiàn)象，因而會造成某些遺傳性狀的改變；天然種子在生產(chǎn)上受季節(jié)限制，一般每年只繁殖12次，有些甚至十幾年才繁殖一次。而人工種子則可以完全保持優(yōu)良品種的遺傳特性，生產(chǎn)上也不受季節(jié)的限制。（2）試管苗的大量貯藏和運(yùn)輸也是相當(dāng)困難的。人工種子則克服了這些缺點(diǎn)，人工種子外層是起保護(hù)作用的薄膜，類似天然種子的種皮，因此，可以很方便地貯藏和運(yùn)輸。3.人工種皮是保證包裹在其中的胚狀體順利生長成小植株的關(guān)鍵部分

31、，請?zhí)接懭斯しN皮中應(yīng)該具有的有效成分是什么？為了促進(jìn)胚狀體的生長發(fā)育，我們還可以向人工種皮中加入哪些物質(zhì)？提示：針對植物種類和土壤等條件，在人工種子的包裹劑中還可以加入適量的養(yǎng)分、無機(jī)鹽、有機(jī)碳源以及農(nóng)藥、抗生素、有益菌等。為了促進(jìn)胚狀體的生長發(fā)育，還可以向人工種皮中加入一些植物生長調(diào)節(jié)劑。4.高效抗癌的藥物紫杉醇，雖然能造福人類，但卻為瀕危的紅豆杉帶來一場滅頂之災(zāi)。以“我們能否利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)大量生產(chǎn)紫杉醇，從而拯救紅豆杉”為題，與同學(xué)展開討論，說出植物組織培養(yǎng)技術(shù)在節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境方面的重要意義。提示：可以利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)來大量生產(chǎn)紫杉醇。現(xiàn)在國內(nèi)外的科學(xué)家們正在研究利用植物細(xì)胞

32、培養(yǎng)技術(shù)來大量培育紅豆杉細(xì)胞，希望利用這種方法來大量生產(chǎn)紫杉醇。國內(nèi)外許多實(shí)驗(yàn)室開展了用組織培養(yǎng)法生產(chǎn)紫杉醇的研究，紅豆杉屬的11種植物現(xiàn)都在進(jìn)行組織培養(yǎng)。ESC Agenetics公司宣布他們用細(xì)胞培養(yǎng)法所得紫杉醇的含量是樹皮的25倍。國內(nèi)外在分化細(xì)胞株系和培養(yǎng)條件方面做了不少工作，摸索了外植體、光照、培養(yǎng)基組成等因素對細(xì)胞培養(yǎng)及紫杉醇生成的影響?，F(xiàn)在工藝條件已基本摸清，正研究反應(yīng)的放大技術(shù)等，有望實(shí)現(xiàn)通過細(xì)胞培養(yǎng)進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)紫杉醇的目標(biāo)。2.2動物細(xì)胞工程2.2.1動物細(xì)胞培養(yǎng)和核移植技術(shù)（一）思考與探究1.幼齡與老齡動物的組織細(xì)胞比較，分化程度低的與分化程度高的組織細(xì)胞比較，哪一種更易

33、于培養(yǎng)？思考一下，這是什么道理？提示：細(xì)胞的衰老與動物機(jī)體的衰老有著密切的關(guān)系，細(xì)胞的增殖能力與供體的年齡有關(guān)，幼齡動物細(xì)胞增殖能力強(qiáng)，有絲分裂旺盛，老齡動物則相反。所以，一般來說幼年動物的組織細(xì)胞比老年動物的組織細(xì)胞易于培養(yǎng)。同樣，組織細(xì)胞的分化程度越低，則增殖能力越強(qiáng)，所以更容易培養(yǎng)。2.動物細(xì)胞培養(yǎng)要經(jīng)過脫分化的過程嗎？為什么？提示：脫分化又稱去分化，是指分化細(xì)胞失去特有的結(jié)構(gòu)和功能變?yōu)榫哂形捶只?xì)胞特性的過程。植物的任何一部分，甚至單個細(xì)胞都具有長成完整植株的能力。但要發(fā)育成完整植株，必須先脫分化，脫分化的細(xì)胞具有發(fā)育成任何組織的能力，然后進(jìn)行再分化，形成完整植株。植物組織培養(yǎng)主要用于

34、農(nóng)林生產(chǎn)中的作物、苗木育種，快速繁育種苗、培育無病毒植株等，這就要求植物的組織或細(xì)胞先進(jìn)行脫分化。動物細(xì)胞的培養(yǎng)有各種用途，一般而言，動物細(xì)胞培養(yǎng)不需經(jīng)過脫分化過程。因高度分化的動物細(xì)胞發(fā)育潛能變窄，失去了發(fā)育成完整個體的能力，所以，動物細(xì)胞也就沒有類似植物組織培養(yǎng)時的脫分化過程了。要想使培養(yǎng)的動物細(xì)胞定向分化，通常采用定向誘導(dǎo)動物干細(xì)胞，使其分化成所需要的組織或器官。3.1997年，美國威斯康星州的一個奶牛場有一頭名叫盧辛達(dá)（Lucinda）的奶牛，年產(chǎn)奶量為30.8 t，創(chuàng)造了世界奶牛產(chǎn)奶量最高新紀(jì)錄。目前世界各國高產(chǎn)奶牛場奶牛，年平均產(chǎn)奶量一般為十幾噸，而我國奶牛產(chǎn)奶量年平均水平僅為34

35、 t。（1）能利用體細(xì)胞核移植技術(shù)克隆高產(chǎn)奶牛盧辛達(dá)嗎？請說明理由。提示：可以用體細(xì)胞核移植技術(shù)克隆高產(chǎn)奶牛盧辛達(dá)。盧辛達(dá)的產(chǎn)奶量很高，說明它有高產(chǎn)奶的遺傳基礎(chǔ)，利用盧辛達(dá)的體細(xì)胞克隆的奶牛其遺傳物質(zhì)基本上全部來自該奶牛，其克隆牛具有高產(chǎn)的遺傳基礎(chǔ)，如果精心培育和飼養(yǎng)，有可能在世界范圍內(nèi)推廣，克隆牛再與高產(chǎn)的公牛自然繁殖，可得到很多高產(chǎn)的后代，從而加快奶牛改良進(jìn)程。但同時需注意，該克隆牛不能無限制地推廣，其數(shù)量不宜過多，尤其是在小范圍內(nèi)不能無限的繁殖，以避免奶牛群出現(xiàn)近親繁殖而引起種質(zhì)衰退。（2）如果將克隆高產(chǎn)奶牛盧辛達(dá)的任務(wù)交給你，你將如何對它進(jìn)行克隆？提示：首先從盧辛達(dá)耳朵（也可用別的組織

36、、器官，耳朵在活體上容易?。┥霞羧∫恍K組織，在體外培養(yǎng)獲得該組織（如軟骨組織）的細(xì)胞。從屠宰場取廢棄的牛卵巢，抽取卵母細(xì)胞體外培養(yǎng)成熟。用顯微針去除卵母細(xì)胞的核，再將耳細(xì)胞注入卵母細(xì)胞，用電刺激方法使卵母細(xì)胞與體細(xì)胞融合，這時供體核就進(jìn)入了受體卵母細(xì)胞，再用電刺激或化學(xué)物質(zhì)激活注入了體細(xì)胞核的卵母細(xì)胞，使其完成減數(shù)分裂和發(fā)育過程。核移植胚胎在體外短時間培養(yǎng)后，挑選正常卵裂的胚胎植入經(jīng)同期發(fā)情處理的受體母牛體內(nèi)。4.體細(xì)胞核移植技術(shù)在研究和應(yīng)用上還存在什么問題？請你查閱資料，了解這方面的前沿動態(tài)。提示：在研究方面，克隆動物基因組重新編程的機(jī)制尚不清楚，克隆技術(shù)效率低，克隆動物畸形率高、死亡率高

37、、易出現(xiàn)早衰等問題。這些問題尚在研究中。在應(yīng)用上，生產(chǎn)克隆動物費(fèi)用昂貴，距大規(guī)模應(yīng)用還有一定距離。（二）正文中討論題【討論1】多細(xì)胞動物和人體的細(xì)胞都生活在內(nèi)環(huán)境中，根據(jù)你所學(xué)的內(nèi)環(huán)境的知識，思考并討論以下問題：1.體外培養(yǎng)細(xì)胞時需要提供哪些物質(zhì)？提示：充足的營養(yǎng)供給、適宜的溫度、適宜的pH和氣體環(huán)境。2.體外培養(yǎng)的細(xì)胞需要什么樣的環(huán)境條件？提示：無菌、無毒的環(huán)境。【討論2】1.在體細(xì)胞的細(xì)胞核移植到受體卵母細(xì)胞之前，為什么必須先去掉受體卵母細(xì)胞的核？提示：為使核移植的胚胎或動物的遺傳物質(zhì)全部來自有重要利用價值的動物提供的體細(xì)胞，在供體細(xì)胞的細(xì)胞核移至受體細(xì)胞之前，必須將受體細(xì)胞的遺傳物質(zhì)去掉

38、或?qū)⑵淦茐摹?.用于核移植的供體細(xì)胞一般都選用傳代10代以內(nèi)的細(xì)胞，想一想，這是為什么？提示：培養(yǎng)的動物細(xì)胞一般當(dāng)傳代至1050代左右時，部分細(xì)胞核型可能會發(fā)生變化，其細(xì)胞遺傳物質(zhì)可能會發(fā)生突變，而10代以內(nèi)的細(xì)胞一般能保持正常的二倍體核型。因此，在體細(xì)胞核移植中，為了保證供體細(xì)胞正常的遺傳基礎(chǔ)，通常采用傳代10代以內(nèi)的細(xì)胞。3.你認(rèn)為用上述體細(xì)胞核移植方法生產(chǎn)的克隆動物，是對體細(xì)胞供體動物進(jìn)行了100%的復(fù)制嗎？為什么？提示：克隆動物絕大部分DNA來自于供體細(xì)胞核，但其核外還有少量的DNA，即線粒體中的DNA是來自于受體卵母細(xì)胞。所以，用教材中所述的方法克隆的動物不是供核動物完全相同的復(fù)制。

39、此外，即便動物的遺傳基礎(chǔ)完全相同，但動物的一些行為、習(xí)性的形成與所處環(huán)境有很大關(guān)系，核供體動物生活的環(huán)境與克隆動物所生活的環(huán)境不會完全相同，其形成的行為、習(xí)性也不可能和核供體動物完全相同，從這一角度看，克隆動物不會是核供體動物100%的復(fù)制。（三）尋根問底胰蛋白酶真的不會把細(xì)胞消化掉嗎？為什么？提示：胰蛋白酶除了可以消化細(xì)胞間的蛋白外，長時間的作用也會消化細(xì)胞膜蛋白，對細(xì)胞有損傷作用，因此必須控制好胰蛋白酶的消化時間。（四）旁欄思考題1.進(jìn)行動物細(xì)胞傳代培養(yǎng)時用胰蛋白酶分散細(xì)胞，說明細(xì)胞間的物質(zhì)主要是什么成分？用胃蛋白酶行嗎？提示：用胰蛋白酶分散細(xì)胞，說明細(xì)胞間的物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)。胃蛋白酶作用

40、的適宜pH約為2，當(dāng)pH大于6時，胃蛋白酶就會失去活性。胰蛋白酶作用的適宜環(huán)境pH為7.28.4。多數(shù)動物細(xì)胞培養(yǎng)的適宜pH為7.27.4，胃蛋白酶在此環(huán)境中沒有活性，而胰蛋白酶在此環(huán)境中活性較高，因此胰蛋白酶適宜用于細(xì)胞培養(yǎng)時的消化。2.為什么對動物細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)時通常要添加血清？提示：血清中含有蛋白質(zhì)、氨基酸、葡萄糖、激素等，其中蛋白質(zhì)主要為白蛋白和球蛋白。氨基酸有多種，是細(xì)胞合成蛋白質(zhì)的基本成分，其中有些氨基酸動物細(xì)胞本身不能合成（稱為必需氨基酸），必須由培養(yǎng)液提供。血清激素有胰島素、生長激素等及多種生長因子（如表皮生長因子、成纖維細(xì)胞生長因子、類胰島素生長因子等）；血清還含有多種未知的促

41、細(xì)胞生長因子、促貼附因子及其他活性物質(zhì)，能促進(jìn)細(xì)胞的生長、增殖和貼附。因此，細(xì)胞培養(yǎng)時，要保證細(xì)胞能夠順利生長和增殖，一般需添加10%20%的血清。2.2.2 動物細(xì)胞融合與單克隆抗體思考與探究1.植物體細(xì)胞雜交技術(shù)與動物細(xì)胞融合技術(shù)有什么不同？提示：植物體細(xì)胞雜交技術(shù)與動物細(xì)胞融合技術(shù)基本相同，不同的是植物體細(xì)胞融合前需去掉細(xì)胞壁，然后再融合；動物細(xì)胞融合是兩個體細(xì)胞直接融合。2.制備單克隆抗體時，為什么要選用B淋巴細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞融合形成雜交瘤細(xì)胞？提示：哺乳動物感染抗原后，其體內(nèi)會形成相應(yīng)的B淋巴細(xì)胞，B淋巴細(xì)胞能分泌相應(yīng)的抗體凝聚或殺死這些抗原。動物在免疫反應(yīng)的過程中，每一種B淋巴細(xì)胞

42、能分泌一種特異性抗體，要想獲得大量的特異性抗體，必須使能分泌該單一抗體的B淋巴細(xì)胞大量增殖。B淋巴細(xì)胞具有產(chǎn)生單一抗體的能力，但不能在體外增殖；骨髓瘤細(xì)胞是一種癌細(xì)胞，它能在體外培養(yǎng)條件下無限增殖，但不能產(chǎn)生抗體。因此，把一種B淋巴細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞融合，產(chǎn)生雜交瘤細(xì)胞，它會兼有兩個親本細(xì)胞的特性在體外培養(yǎng)條件下能不斷增殖，同時能產(chǎn)生出某種特異性的抗體。3.1 體內(nèi)受精和早期胚胎發(fā)育（一）思考與探究1.以精子的運(yùn)行途徑為線索，設(shè)計(jì)一幅簡圖，來說明哺乳動物的受精過程。提示：哺乳動物的受精過程主要包括精子穿越放射冠、透明帶、進(jìn)入卵黃膜、原核形成和配子融合等步驟（詳見教材中的受精過程）。2.哺

43、乳動物精子和卵子的發(fā)生主要有哪些相似點(diǎn)或不同點(diǎn)？答：相似之處：細(xì)胞分裂的最初階段為有絲分裂，不斷增加生殖原細(xì)胞的數(shù)量；經(jīng)過兩次減數(shù)分裂（M I和M II）才能形成精子或卵子。不同之處：由一個精原細(xì)胞分裂最后可產(chǎn)生多個精子；一個卵原細(xì)胞最后只能生成一個卵子。精子的形狀為蝌蚪狀；卵子為球形。多數(shù)哺乳動物卵子的形成和在卵巢內(nèi)的貯備是在胎兒出生前完成。3.當(dāng)你了解到精子需要獲能，受精過程中有防止多精入卵的現(xiàn)象時，你是否提出過這樣的問題：精子在雌性生殖道內(nèi)是如何獲能的？防止多精入卵的兩道防線的形成機(jī)制究竟是什么？答：精液由精子和精清（精漿）兩部分組成。精清中含有一種能抑制精子獲能的物質(zhì)，因此，在一般情況

44、下，精液中的精子無法獲能。只有當(dāng)交配后精液進(jìn)入雌性動物的生殖道時，由生殖道分泌產(chǎn)生一種物質(zhì)解除對精子獲能的抑制，才能引起精子獲能。精子在雌性動物生殖道內(nèi)獲能的部位因種類而異，但主要是子宮和輸卵管。防止多精入卵主要通過透明帶反應(yīng)和卵黃膜封閉作用兩道屏障。在受精過程中，當(dāng)精子穿越透明帶觸及卵黃膜時，透明帶會立即封閉，阻止后來的精子進(jìn)入透明帶，可看作是防止多精受精的第一道屏障。而精子入卵后，卵黃膜會立即拒絕其他精子再進(jìn)入卵內(nèi)，可看作是防止多精受精的第二道屏障。其生理、生化機(jī)制，請參閱有關(guān)專著。（二）正文中討論題【精子的發(fā)生】1.家畜每次射精排出的精子數(shù)以億計(jì)，但是通常只有一個精子能夠與卵子結(jié)合，這能

45、說是一種浪費(fèi)嗎？怎樣理解這一現(xiàn)象？提示：不是。可以從兩方面說明這一問題：其一，在自然繁殖的條件下，為了使母畜排出的1個或幾個卵子完成受精，公畜一次射出幾億到幾十億的精子到發(fā)情母畜的生殖道內(nèi)，可以說是動物為繁殖后代、延續(xù)物種的一種生理保障機(jī)制；其二，在自然條件下，精子從射精部位運(yùn)行到受精部位，在通過母畜生殖道的過程中，復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)和生理環(huán)境將對精子進(jìn)行篩選，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量損耗。最后到達(dá)受精部位（輸卵管）的精子只剩百余個，與卵子完成受精的只有一個。2.精子細(xì)胞變成精子的過程中，細(xì)胞中很多結(jié)構(gòu)會消失，而細(xì)胞核和線粒體都保留下來，對這一現(xiàn)象怎樣理解？為什么精子中

46、的線粒體集中在尾的基部？提示：細(xì)胞核和線粒體都是精子結(jié)構(gòu)中的重要部分。其中，細(xì)胞核是精子遺傳物質(zhì)儲存和復(fù)制的場所，也是參與精、卵結(jié)合和后代遺傳特性與細(xì)胞代謝活動的控制中心。而線粒體則是精子進(jìn)行有氧呼吸分解營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生運(yùn)動能量的場所。精子的線粒體在精子形成過程中，集中于尾的基部形成線粒體鞘膜，是精子維持生存和運(yùn)動能量的“動力工廠”或“發(fā)動機(jī)”?！韭炎拥陌l(fā)生】1.一個卵泡中能形成幾個成熟的卵子？答：正常情況下，一個卵泡只能形成一個成熟的卵子。2.排卵是指卵子從卵泡中排出，還是指卵泡從卵巢中排出？答：是指卵子從卵泡中排出。3.剛排出的卵是成熟的卵子嗎？它在母體的什么部位與精子受精？答：剛排出的卵子尚

47、未完全成熟，僅完成第一次減數(shù)分裂，需要在輸卵管內(nèi)進(jìn)一步成熟，直到第二次減數(shù)分裂的中期才能與精子結(jié)合完成受精過程。排出的卵子是在輸卵管內(nèi)與精子受精的。【資料分析】1.表中哪種動物的胚胎在進(jìn)入子宮時發(fā)育程度最高？答：比較而言，馬的胚胎進(jìn)入子宮時發(fā)育程度最高，其次為小鼠。2.將體外培養(yǎng)的馬胚胎移植到母馬子宮時，應(yīng)選擇什么階段的胚胎？如果換成牛又該怎樣處理？答：馬應(yīng)選擇囊胚階段的胚胎。牛在自然情況下，胚胎雖然最早可在816細(xì)胞階段進(jìn)入子宮，但為了提高移植后胚胎的發(fā)育率和妊娠率，在實(shí)踐中通常用發(fā)育到囊胚階段的胚胎進(jìn)行移植。3.為什么說關(guān)于動物的體內(nèi)受精和胚胎發(fā)育的研究，會為胚胎工程提供理論基礎(chǔ)？請結(jié)合本

48、節(jié)內(nèi)容舉例說明。提示：胚胎工程的許多技術(shù)都是在了解哺乳動物自然條件下受精和早期胚胎發(fā)育的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。本節(jié)涉及的哺乳動物體內(nèi)受精和胚胎發(fā)育都是在自然條件下的特點(diǎn)和規(guī)律，人們正是在認(rèn)識了這些自然規(guī)律的基礎(chǔ)上，在體外進(jìn)行有效的模擬，才使卵母細(xì)胞能在體外成熟；精子能在體外完成獲能；獲能精子和成熟卵母細(xì)胞能在試管內(nèi)完成受精；體外受精卵能在人工培養(yǎng)條件下繼續(xù)發(fā)育等，這些都有賴于體內(nèi)自然條件下的基礎(chǔ)研究成果。（三）旁欄思考題進(jìn)行體外受精時，將卵母細(xì)胞取出后，是否應(yīng)當(dāng)將它置于與輸卵管中相似的環(huán)境，讓它進(jìn)一步成熟？答：是的。從卵巢上取出的卵母細(xì)胞還沒有成熟，尚未完成第一次減數(shù)分裂。應(yīng)在體外人工模擬輸卵管環(huán)境進(jìn)

49、行培養(yǎng)，才能使其成熟，即達(dá)到受精前的成熟階段。3.2 體外受精和早期胚胎培養(yǎng)3.3 胚胎工程的應(yīng)用及前景（一）思考與探究1.右圖是同學(xué)們到某良種場進(jìn)行參觀后，看到的胚胎移植繁育良種奶牛的技術(shù)流程示意圖。請看圖思考并討論以下各題。（1）用文字完成下面的流程圖。答： 對供、受體母畜進(jìn)行選擇，并進(jìn)行同期發(fā)情處理； 配種或人工授精； 收集胚胎； 胚胎移植； 對受體母畜進(jìn)行是否妊娠的檢查。（2）應(yīng)該怎樣選擇供體公、母牛和受體母牛？在中，為什么要用促性腺激素處理供體母牛，在促性腺激素處理供體母牛前，為什么需要對供體和受體母牛進(jìn)行同期發(fā)情處理？答：供體公、母牛應(yīng)該是具有人類所需的優(yōu)良遺傳性狀的個體，而受體母

50、牛必須具有正常的孕育、生殖后代的能力；需要用促性腺激素處理供體母牛是為了引起超數(shù)排卵，這樣就可以獲得較多的胚胎；在促性腺激素處理供體母牛前，對供體和受體母牛進(jìn)行同期發(fā)情處理，才能使它們的生理?xiàng)l件達(dá)到同步或一致，使供體的胚胎移入受體后有相同或相似的生存條件。（3）在右側(cè)的流程圖中，哪一步需要進(jìn)行沖卵？沖卵是把母畜的卵子沖出來嗎？答：第步需要進(jìn)行沖卵，沖卵是指將供體母畜體內(nèi)的早期胚胎沖出來，而不是把卵子沖出來。（4）用胚胎移植繁育良種種畜具有哪些實(shí)用意義？提示：胚胎移植可充分發(fā)揮雌性優(yōu)秀個體的繁殖潛力。具體表現(xiàn)為：縮短了供體本身的繁殖周期，同時通過超數(shù)排卵處理和胚胎移植可獲得比自然繁殖多十幾倍到幾

51、十倍的后代。可在短期大幅度增加優(yōu)良個體母畜和公畜的后代數(shù)量，迅速擴(kuò)大良種畜群，加速育種和品種改良工作。經(jīng)冷凍保存的胚胎可進(jìn)行國內(nèi)和國際交換，代替活畜的引種或進(jìn)出口。通過胚胎移植可以人為生產(chǎn)雙胎或多胎?？梢酝ㄟ^保存胚胎來保存品種資源和瀕危動物。（二）正文中討論題1.在胚胎移植操作中，怎樣才能使胚胎在移植前后所處的生理環(huán)境保持一致？例如，供、受體的發(fā)情時間要一致嗎？供體胚胎移入受體子宮的位置，應(yīng)與在供體內(nèi)的位置相同或相似嗎？答：應(yīng)對供體和受體母畜進(jìn)行同期發(fā)情處理，使它們的生理?xiàng)l件達(dá)到同步或一致，這樣才能使供體的胚胎移入受體后有相同或相似的生存條件，這是胚胎移植成功與否的關(guān)鍵。因此，必須做到供、受體

52、母畜的發(fā)情時間一致。同時還要做到移入受體子宮胚胎的位置應(yīng)該與其在供體內(nèi)的位置相同或相似，移入胚胎一側(cè)的受體子宮角對應(yīng)的卵巢必須有黃體存在。2.胚胎移植實(shí)質(zhì)上是早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉(zhuǎn)移。你認(rèn)為這樣的概括正確嗎？答：胚胎移植成功率的高低與供、受體生理環(huán)境條件一致性密切相關(guān)。只有供、受體生理環(huán)境高度一致，移入受體的胚胎才能被接受，并繼續(xù)發(fā)育。所以我們可以把胚胎移植簡單概括為早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉(zhuǎn)移。這樣的概括是正確的。（三）旁欄思考題對囊胚階段的胚胎進(jìn)行分割時，為什么要將內(nèi)細(xì)胞團(tuán)均等分割？提示：內(nèi)細(xì)胞團(tuán)一般到囊胚階段才出現(xiàn)，它是發(fā)育為胚胎本身的基礎(chǔ)細(xì)胞，其他細(xì)胞為

53、滋養(yǎng)細(xì)胞，只為胚胎和胎兒發(fā)育提供營養(yǎng)。若分割時不能將內(nèi)細(xì)胞團(tuán)均等分割，會出現(xiàn)含內(nèi)細(xì)胞團(tuán)多的部分正常發(fā)育的能力強(qiáng)，少的部分發(fā)育受阻或發(fā)育不良，甚至不能發(fā)育等問題。4.1 轉(zhuǎn)基因生物的安全性（一）正文中討論題【論壇1】3.我國為了保證轉(zhuǎn)基因食物的安全性，都采取了哪些監(jiān)控和預(yù)防措施？答：（1）立法是監(jiān)控農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全的有力措施。例如，中國已制定了農(nóng)業(yè)生物基因工程安全管理實(shí)施辦法（1996年）、轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品安全管理臨時措施（2002年）和農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物標(biāo)識管理辦法（2002年）等法規(guī)。請進(jìn)入網(wǎng)站了解更多內(nèi)容： 農(nóng)業(yè)部，中國農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)行業(yè)網(wǎng)站（科技教育）農(nóng)業(yè)科技信息網(wǎng)政策法規(guī)政策法規(guī)分類（5.轉(zhuǎn)基因

54、管理）。（2）多環(huán)節(jié)監(jiān)控。轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物研究、從實(shí)驗(yàn)室走向大田試驗(yàn)各階段，以及產(chǎn)品商品化都有相應(yīng)法規(guī)或規(guī)定進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，只有在每一階段試驗(yàn)獲得認(rèn)可證書后，才可進(jìn)入下一階段。比如，大田試驗(yàn)就分為：中間試驗(yàn)階段，種植面積不超過0.27 hm2（4畝），范圍不超過兩省，每省不超過3個種植點(diǎn)，試驗(yàn)時限12年；環(huán)境釋放階段，種植面積可以擴(kuò)大到0.272 hm2 (430畝)，范圍仍不超過兩省，每省7個種植點(diǎn)，試驗(yàn)時限12年。這一階段要考察外源基因會不會發(fā)生生物間轉(zhuǎn)移，會不會對種植區(qū)周圍動物、植物、土壤造成危害等；生產(chǎn)試驗(yàn)階段，種植面積可擴(kuò)大到20 hm2以上，范圍仍為兩省，試驗(yàn)點(diǎn)不超過5個。（3）安全評

55、價內(nèi)容具體而嚴(yán)格。食物安全性評價內(nèi)容：營養(yǎng)成分是否改變？是否存在抗?fàn)I養(yǎng)因子？是否存在毒性、過敏性蛋白等。環(huán)境安全評價內(nèi)容：轉(zhuǎn)基因植物是否變得易得?。繉χ車参镉惺裁从绊?？是否可能變成雜草？會不會把外源基因轉(zhuǎn)移給其他生物等。【論壇3】1.轉(zhuǎn)基因生物會不會影響生態(tài)系統(tǒng)中原有的動態(tài)平衡？2.轉(zhuǎn)基因生物會不會加劇環(huán)境污染？會不會危害其他動植物生存或人體的健康？提示：這兩道題答案的基本點(diǎn)是一樣的：可能性不大，但要提高警惕。這僅是一種可能性，爭論的雙方提出的不同見解都有一定的根據(jù)，不能斷言誰是誰非，但是需要人們提高警惕，這是能為大家接受的共識。隨著時間的推移，人們發(fā)現(xiàn)這類危險似乎不大，因?yàn)榭茖W(xué)家轉(zhuǎn)入的僅是

56、有限的一種或幾種基因；而轉(zhuǎn)入的基因是否可能會對其他生物或環(huán)境造成危害，都是經(jīng)過認(rèn)真分析、實(shí)踐的，一旦發(fā)現(xiàn)有害后果，科學(xué)家就會停止實(shí)驗(yàn)；轉(zhuǎn)基因生物從實(shí)驗(yàn)室到自然界釋放，都要經(jīng)過一系列安全評價、審批。此外，還有相關(guān)法規(guī)監(jiān)控。但是，為了對公眾健康負(fù)責(zé)、對社會負(fù)責(zé)，我們對于轉(zhuǎn)基因生物可能影響生態(tài)系統(tǒng)中的原有動態(tài)平衡，或者加劇環(huán)境污染，或者危害其他動植物、人體的健康的危險,仍要提高警惕。（二）尋根問底你能舉出兩個外來物種入侵的實(shí)例嗎？為什么外來物種入侵會造成嚴(yán)重的危害？提示：（1）外來物種進(jìn)入新的生態(tài)系統(tǒng)之后，由于沒有天敵，極易造成生長失控，破壞生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。比如，外來的植物瘋長，可以對本地一年生和多

57、年生植物的結(jié)構(gòu)比例造成嚴(yán)重影響，通過對植被的生長和結(jié)構(gòu)的影響，從而造成物質(zhì)循環(huán)和能量流動的改變。又如，外來的動物種類，由于它們的選擇性覓食和破壞，也會造成物質(zhì)循環(huán)和能量流動的改變。物質(zhì)循環(huán)和能量流動的改變會對生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞，比如，有人將美洲食人鯧引入，這一入侵物種就可能會對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)造成長久性的破壞。（2）外來物種在新的生態(tài)系統(tǒng)中，通過與當(dāng)?shù)匚锓N競爭營養(yǎng)或食物、分泌釋放化學(xué)物質(zhì)、形成大面積單優(yōu)勢群落等方式，直接影響本地物種的生存，加速某些生活力較弱的物種的消失。在全世界瀕危植物名錄中，大約有35%46%是由外來物種入侵所造成的。即入侵的外來物種可能會造成生物多樣性減少。（3）外來物種進(jìn)

58、入新的生態(tài)系統(tǒng)后，作為掠奪者、寄生者或病原體，會使受害者和寄主的數(shù)量發(fā)生變化。尤其是外來物種在適宜的生態(tài)和氣候條件下，往往會對當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)或林業(yè)帶來嚴(yán)重的損害，即所謂的爆發(fā)生物災(zāi)害。（4）有些外來植物產(chǎn)生的花粉，是當(dāng)?shù)鼐用駨奈唇佑|過的物質(zhì)，從而可能成為對人類健康造成威脅的新過敏源。比如，日本引種的杉樹，大面積栽種后，杉樹產(chǎn)生的花粉已經(jīng)成了日本人產(chǎn)生過敏反應(yīng)的重要過敏源。又如豚草，它已在包括中國在內(nèi)的許多國家泛濫成災(zāi)，而豚草的花粉是重要的過敏源。豚草花粉引起的過敏反應(yīng)稱為“枯草熱”，它已給許多國家人民的身體健康帶來了嚴(yán)重的危害。4.2 關(guān)注生物技術(shù)的倫理問題（一）正文中討論題【熱點(diǎn)問題討論1】2.

59、倫理學(xué)家和科學(xué)家看待克隆人的角度有什么不同？提示：倫理學(xué)家主要是從倫理學(xué)、社會學(xué)和心理學(xué)角度看問題，而科學(xué)家更多的是從科學(xué)的可行性和科學(xué)意義的角度看問題。4.你愿意被科學(xué)家克隆嗎？為什么？提示：參見教科書中的內(nèi)容，可以從科學(xué)角度、倫理角度和社會需求角度討論，現(xiàn)在不宜克隆人。我國明確禁止生殖性克隆人，一再重申的四不原則，體現(xiàn)了中國大多數(shù)人的價值觀取向。5.克隆人如果真的來到人間，你認(rèn)為應(yīng)該怎樣正確對待他們？提示：到時候我們恐怕并沒有必要去追究他是出于什么目的被克隆出來的，也沒有必要去爭論該成果有什么科學(xué)價值，而應(yīng)該把克隆人當(dāng)作我們社會中的一個普通成員，尊重他的人權(quán)、人格。要用他做實(shí)驗(yàn)時，必須征得

60、他自愿同意，絕不能傷害他的身心健康。社會應(yīng)該以平常心態(tài)看待克隆人，使克隆人獲得和我們一樣的生存和發(fā)展的條件。目前，克隆動物還那么困難，克隆人更加不易，當(dāng)世界上有那么幾個克隆人來到人間時，他們并不會破壞我們正常的生活秩序?！緹狳c(diǎn)問題討論2】1.你是否支持設(shè)計(jì)試管嬰兒？為什么？提示：設(shè)計(jì)試管嬰兒只是在特定背景下的一種應(yīng)急措施，需要經(jīng)過國家有關(guān)部門嚴(yán)格審批。它不宜推廣，并要嚴(yán)防濫用。2.為什么捐出一部分骨髓救治他人，不會給捐獻(xiàn)者的身體健康造成損傷？你愿意為救人一命而捐獻(xiàn)自己一部分骨髓嗎？為什么？提示：（1）所謂捐獻(xiàn)骨髓，實(shí)際上醫(yī)生只是從你的骨髓中分離出一部分造血干細(xì)胞供移植。因?yàn)樵煅杉?xì)胞在人的骨髓

61、中相對較多，而在外周血液中卻很少。（2）干細(xì)胞的一個重要特點(diǎn)是自我更新能力很強(qiáng)，被分離走的那部分造血干細(xì)胞，很快就會被“補(bǔ)齊”。因此捐獻(xiàn)骨髓不會影響捐獻(xiàn)者身體健康。（3）醫(yī)生只是在醫(yī)學(xué)公認(rèn)的安全條件下，分離出捐獻(xiàn)者有限數(shù)量的造血干細(xì)胞，而且整個抽取、分離過程，都是在設(shè)備良好的大醫(yī)院中進(jìn)行的，一般不會對捐獻(xiàn)者造成意外傷害。（4）捐獻(xiàn)有限造血干細(xì)胞救人一命，對個人來說是一種美德、一種欣慰和快樂，是一種高尚的人道主義表現(xiàn)。【熱點(diǎn)問題討論3】1.你愿意獲得一張自己的基因身份證嗎？為什么？提示：（1）現(xiàn)在要對個人所有基因進(jìn)行檢測，是不現(xiàn)實(shí)的。因?yàn)楝F(xiàn)在有不少基因還沒得到確定。即使只是對個別或少數(shù)基因進(jìn)行檢

62、測，也并不是每個人都需要的。現(xiàn)在西方國家對某幾種致病基因進(jìn)行篩檢時，接受測定的人也只是有這類遺傳病家族史的個人，或這類疾病的高危個人。目的是使他們能及早采取防范措施，如養(yǎng)成良好生活習(xí)慣、定期檢查身體、適時手術(shù)等。（2）有某種致病基因，并不一定就會患病。患某種疾病，往往不是由單一原因引起的。況且已知人的很多疾病是多基因病，它是由遺傳因素和環(huán)境因素共同決定的。如果有良好的生活習(xí)慣等，往往可以使人避免患上某些遺傳性疾病。（3）有許多疾病，測定其致病基因是相當(dāng)困難的。因此科學(xué)家認(rèn)為不如測定其所表達(dá)的蛋白質(zhì)更為快捷、有效。（4）基因檢測給受試者造成的心理負(fù)擔(dān)或壓力必須考慮到。特別是給出似是而非的結(jié)論之后

63、，往往會使受試者無所適從。（5）現(xiàn)在記錄有個人某些遺傳信息的“身份證”已經(jīng)出現(xiàn)，但僅僅是試驗(yàn)性質(zhì)的。至于說拿著它去看病，起碼在可以預(yù)見的將來是言過其實(shí)。（6）將“基因身份證”上記錄的信息和它的作用等問題弄清楚之后，才能決定要不要它。比如，現(xiàn)在有的試驗(yàn)性基因身份證僅僅記錄個人特有的某一對或某幾對等位基因信息，它可能在驗(yàn)明正身方面起更大的作用，這類基因身份證要它也無妨。（二）旁欄思考題1.你知道中國大陸第一例試管嬰兒是在什么時候出生的嗎？答：中國大陸第一例試管嬰兒是于1988年在北京出生的。2.為解決不孕夫婦的生育問題而出現(xiàn)的試管嬰兒，與本文所說“設(shè)計(jì)試管嬰兒”有什么區(qū)別？答：所謂“設(shè)計(jì)試管嬰兒”，實(shí)際上就是指體外受精形成的胚胎（幾個細(xì)胞期）在植入母體孕育前，根據(jù)人們的需要，將胚胎的一個細(xì)胞取出，進(jìn)行某些基因檢測。當(dāng)檢測結(jié)果符合人們需要時，再把胚胎植入母體孕育。一般我們所說的做試管嬰兒，不必經(jīng)過基因檢測這一步驟。4.3禁止生物武器5.1 生態(tài)工程的基本原理（一）思考與探究P113 3.?；~塘分布在我國長江三角洲、珠江三角洲一帶的水鄉(xiāng)，是一種典型的水陸物質(zhì)和能量交換型生態(tài)工